ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК H01H33/16 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим аппаратам высокого напряжения, и может быть использовано в распределительных устройствах подстанций с многоразрывными маломасляными, воздушными и элегазовыми выключателями.

Известен выключатель с четным числом разрывов, половина которых шунтирована резисторами и обеспечивает отключение при высокой скорости восстанавливающегося напряжения, но обладает низкой конечной электрической прочностью, а другая половина разрывов шунтирована конденсаторами и обеспечивает, в отличие от первой, отключение при высокой конечной прочности, но при условии медленного нарастания напряжения (Л.1).

Недостатком указанного технического решения является наличие двух систем контактов с увеличением числа дугогасящих разрывов по сравнению с минимально необходимым для обеспечения электрической прочности между разомкнутыми контактами.

Известен выключатель с тиристорной вставкой, шунтирующей главные дугогасящие контакты (Л.2).

Недостатком этого выключателя являются очень высокие требования к точности и быстродействию механики, необходимость специального управления тиристорами вставки, а также высокая стоимость и затраты на обслуживание.

Известен выключатель высокого напряжения с низкоомным линейным шунтирующим резистором, подключенным параллельно части дугогасящих разрывов (Л.3), что позволяет в результате отключения другой части дугогасящих разрывов, имеющих ту же конструкцию, что и первая, и действующих от того же привода, что и первая, сократить до 0,005 с время протекания тока через резистор.

Недостатком этого технического решения является удвоение числа дугогасящих разрывов, т.е. удорожание выключателя. По этой схеме на базе выключателя ВВБ-110 разработан и изготовлен выключатель ВВУ-35.

Известен выключатель, у которого часть разрывов шунтирована конденсаторами большой емкости, а остальные конденсаторами малой емкости. Разрывы, шунтированные конденсаторами большой емкости, обеспечивают гашение дуги, а остальные окончательное отключение (Л.4).

Недостатком указанного технического решения является, наряду с большими габаритами конденсаторов большой емкости, также необходимость увеличения числа дугогасящих разрывов.

Известен многоразрывный выключатель высокого напряжения, имеющий низкоомный резистор с линейной характеристикой, подключенный параллельно всем дугогасящим разрывам выключателя одновременно и делитель напряжения, шунтирующий каждый разрыв в отдельности (Л.5).

Недостатком данного многоразрывного выключателя является необходимость дополнительной системы дугогасящих контактов, т.е. усложнение и удорожание конструкции выключателя. Кроме того, при отключении малых токов (реактора, холостого трансформатора, короткой ВЛ, асинхронного хода) низкоомный резистор слабо ограничивает перенапряжения на дополнительной системе контактов, что требует повышения испытательных напряжений между разомкнутыми контактами выключателя.

Известен также элегазовый выключатель фирмы GEC AlSTHOM, в котором каждый дугогасящий разрыв зашунтирован цинкооксидным резистором (Л.6). Этот выключатель является наиболее близким по конструктивному исполнению к заявленному, поэтому он выбран в качестве прототипа предложенного технического решения.

Недостатком указанного выключателя является ограничение возможности его применения из-за тяжелых воздействий на шунтирующий резистор в режимах с длительным повышением напряжения (отключение асинхронного хода, холостой ВЛ, конденсаторов или кабелей), а также при разбросе времени отключения отдельных дугогасящих разрывов выключателя. Поэтому данный выключатель рекомендуется его разработчиками, в основном, для коммутации шунтирующих реакторов, т. е. в цепях, где не возникает длительных перенапряжений. Кроме того, так как каждый дугогасящий разрыв шунтирован резистором с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, выключатель обладает повышенной материалоемкостью.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей выключателя высокого напряжения, а также снижение его материалоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в выключателе высокого напряжения, содержащем одинаковые по конструктивному исполнению дугогасящие разрывы, шунтированные резисторами с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, согласно изобретению, резисторы с резконелинейной вольт-амперной характеристикой подключены к части дугогасящих разрывов.

Кроме того, согласно изобретению, резистор с резконелинейной вольт-амперной характеристикой может быть выполнен общим для всех шунтированных дугогасящих разрывов.

В предложенном устройстве параллельно каждому дугогасящему разрыву могут быть подключены конденсаторы, причем емкость конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, зашунтированным упомянутыми резисторами, меньше емкости конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, к которым не подключены упомянутые резисторы, где C₁ < C₂.

На фиг.1 представлен выключатель высокого напряжения с дугогасящими разрывами, часть которых шунтирована резисторами с резконелинейной вольт-амперной характеристикой.

На фиг.2 представлен выключатель высокого напряжения, в котором резистор с резконелинейной вольт-амперной характеристикой выполнен общим для шунтированных дугогасящих разрывов.

На фиг. 3 представлен выключатель высокого напряжения, в котором параллельно всем дугогасящим разрывам подключены конденсаторы.

Устройство, представленное на фиг.1, содержит вводы 1 и 2 выключателя высокого напряжения, между которыми находятся последовательно соединенные дугогасящие разрывы 3 и 4, часть которых (3) шунтирована резисторами 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой.

Устройство, представленное на фиг.2, содержит общий резистор 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, подключенный параллельно двум дугогасящим разрывам 3.

На фиг. 3 представлен выключатель высокого напряжения, в котором параллельно всем дугогасящим разрывам подключены конденсаторы, причем к дугогасящим разрывам, шунтированным резисторами 5, подключены конденсаторы 6 меньшей емкости, а к дугогасящим разрывам, не шунтированным резисторами 5, подключены конденсаторы 7 большей емкости, соотношение между которыми должно быть близко к следующему:
C₁ + C₂ C₃,
где C₁ емкость конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, зашунтированным резисторами 5;
С₂ собственная емкость резистора 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой;
C₃ емкость конденсатора не зашунтированных резисторами 5.

Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом.

При включенном выключателе напряжение на шунтирующем резисторе 5 равно нулю. В процессе включения выключателя при разбросе времени замыкания отдельных контактов 3 и 4 резистор 5 будет подвергаться воздействию повышенного напряжения на время разброса, если время включения контактов 3 превышает время включения контактов 4. Степень указанного кратковременного превышения напряжения при включении цепи зависит от распределения напряжения между входным сопротивлением цепи и сопротивлением шунтирующего резистора. Последнее при повышении напряжения снижается, следовательно, снижается и степень повышения напряжения. При включении на к.з. у выключателя напряжение на резисторе 5 может достигать U_ф.ном..

В процессе отключения выключатель вначале имеет нулевое сопротивление (контакты 3 и 4 еще замкнуты); затем, после погасания дуги на шунтированных резистором 5 контактах 3 сопротивление выключателя становится активным, быстро достигая минимальной величины, но достаточной для демпфирования переходного восстанавливающего напряжения. Затем сопротивление резистора 5 увеличивается, снижая тем самым ток практически до нуля. Часть полупериода между моментом достижения колена вольт-амперной характеристики резистора 5 и нулем напряжения сети ток в выключателе будет активным и близким к нулю. После обрыва этого тока контактами, не шунтированными резистором 5, напряжение будет распределено по всем контактам и не будет причины для их перекрытия. В результате резистор 5 в процессе отключения выключателя находится под напряжением не более 0,005 с, что облегчает требования к нему. Форма напряжения косинусоида при частоте 50 Гц.

Сущность изобретения состоит во взаимном влиянии нелинейного резистора 5 и дугогасительной системы выключателя в предлагаемой схеме их соединения. Резистор 5 снижает воздействие восстанавливающегося напряжения на изоляцию между разомкнутыми контактами выключателя, а схема выключателя обеспечивает уменьшение длительности воздействия напряжения на указанный резистор 5.

Резколинейная вольт-амперная характеристика резистора 5 позволяет ограничить высокие перенапряжения в переходных кратковременных режимах. Длительные перенапряжения на резисторе 5 должны быть значительно меньше (в 1,5-1,8 раза) переходных, однако соотношение кратковременных и длительных перенапряжений на изоляции разомкнутых контактов выключателей - противоположно. При отключении в режиме короткого замыкания, когда между разомкнутыми контактами еще находятся остатки дугового столба, прочность изоляции снижена (при U_ном. 500 кВ, U_исп. ≈ 800 кВ), а при отключенном состоянии выключателя, например, в режиме асинхронного хода U_исп. на 30% выше и достигает 1070 кВ. В результате при простом подключении резконелинейного резистора 5 параллельно дугогасящим контактам колено вольт-амперной характеристики резистора 5 должно быть выше длительных перенапряжений, поэтому техническое решение, выбранное в качестве прототипа заявленного, предназначено в основном для выключателей в цепи шунтирующих реакторов, при отключении которых в результате среза тока возникают высокие перенапряжения.

В предложенной схеме подключения резконелинейного резистора 5 колено его вольт-амперной характеристики может быть принято ниже длительных перенапряжений, т.к. на резисторы 5 при отключенном выключателе ложится часть общего напряжения на выключателе, зависящая от соотношения числа шунтированных и нешунтированных дугогасящих разрывов.

При подключении конденсаторов, обеспечивающих равномерное распределение напряжения по дугогасящим разрывам, напряжение на резисторах 5 (U_R) в долях от напряжения на выключателе в целом (U_вн) составит:

где X_c и X_cR сопротивления элементов делителя напряжения, образованного последовательно подключенными конденсаторами, причем X_c - сопротивления конденсаторов, параллельно которым не подключены резисторы 5 и соответственно X_cR сопротивления конденсаторов, параллельно которым подключены резисторы 5.

Таким образом, новым и существенным по сравнению с прототипом является равномерное распределение напряжения между разными по функциональному назначению элементами, а именно дугогасящими разрывами 3 и 4. Это позволяет в результате уменьшения времени работы резистора 5 уменьшить его сопротивление и материлоемкость, т.е. получить дополнительный эффект.

Предложенное техническое решение найдет в применении в выключателях, чувствительных к высокой амплитуде восстанавливающего напряжения с целью снижения величины восстанавливающихся напряжений на контактах выключателя и облегчения условий гашения дуги.

Использование: в области электротехники и может быть использовано в выключателях, чувствительных к высокой амплитуде восстанавливающего напряжения, установленных на подстанциях. Устройство представляет собой выключатель высокого напряжения, содержащий вводы 1 и 2, между которыми находятся последовательно соединенные дугогасящие разрывы 3 и 4, часть которых (3) шунтирована резисторами 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой. Резистор 5 может быть выполнен общим для всех шунтированных (3) дугогасящих разрывов. Параллельно всем дугогасящим разрывам 3 и 4 могут быть подключены конденсаторы для обеспечения равномерного распределения напряжения по дугогасящим разрывам, причем емкость конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам 3, зашунтированным резисторами 5, меньше емкости конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам 4, к которым не подключены упомянутые резисторы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Выключатель высокого напряжения, содержащий одинаковые по конструктивному исполнению дугогасящие разрывы, шунтированные резисторами с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей снижения материалоемкости, резисторы с резконелинейной вольт-амперной характеристикой подключены к части дугогасящих разрывов. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что резистор с резконелинейной вольт-амперной характеристикой выполнен общим для всех шунтированных дугогасящих разрывов. 3. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что параллельно каждому дугогасящему разрыву подключены конденсаторы, причем емкость конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, зашунтированным упомянутыми резисторами, меньше емкости конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, к которым не подключены упомянутые резисторы.